ხელსაწყოების შეკეთებისთვის სუბსტრაქციული და ჰიბრიდული CNC-AM

PFT, შენჟენი

ეს კვლევა ადარებს ტრადიციული სუბტრაქციული CNC დამუშავების ეფექტურობას ინდუსტრიული ხელსაწყოების შეკეთებისთვის ახალ ჰიბრიდულ CNC-დანამატებით წარმოებასთან (AM). შესრულების მაჩვენებლები (შეკეთების დრო, მასალის მოხმარება, მექანიკური სიმტკიცე) განისაზღვრა დაზიანებულ საშტამპო შტამპებზე კონტროლირებადი ექსპერიმენტების გამოყენებით. შედეგები მიუთითებს, რომ ჰიბრიდული მეთოდები ამცირებს მასალის ნარჩენებს 28–42%-ით და ამცირებს შეკეთების ციკლებს 15–30%-ით, მხოლოდ სუბტრაქციულ მიდგომებთან შედარებით. მიკროსტრუქტურული ანალიზი ადასტურებს ჰიბრიდული შეკეთებული კომპონენტების შედარებით დაჭიმვის სიმტკიცეს (ორიგინალი ხელსაწყოს ≥98%). ძირითადი შეზღუდვა მოიცავს AM დეპონირების გეომეტრიულ სირთულის შეზღუდვებს. ეს დასკვნები აჩვენებს ჰიბრიდულ CNC-AM-ს, როგორც ხელსაწყოების მდგრადი მოვლა-პატრონობის სიცოცხლისუნარიან სტრატეგიას.

1 შესავალი

ხელსაწყოების დეგრადაცია საწარმოო ინდუსტრიებს ყოველწლიურად 240 მილიარდი დოლარი უჯდებათ (NIST, 2024). ტრადიციული სუბტრაქტული CNC შეკეთება დაზიანებულ მონაკვეთებს ფრეზირების/დაფქვის გზით აშორებს, ხშირად გადასამუშავებელი მასალის 60%-ზე მეტს ყრიან. ჰიბრიდული CNC-AM ინტეგრაცია (ენერგიის პირდაპირი დეპონირება არსებულ ხელსაწყოებზე) რესურსების ეფექტურობას გვპირდება, მაგრამ სამრეწველო დადასტურება აკლია. ეს კვლევა მაღალი ღირებულების ხელსაწყოების შეკეთებისთვის ჰიბრიდული სამუშაო პროცესების ოპერაციულ უპირატესობებს ტრადიციულ სუბტრაქტულ მეთოდებთან შედარებით რაოდენობრივად აფასებს.

2 მეთოდოლოგია

2.1 ექსპერიმენტული დიზაინი

ხუთ დაზიანებულ H13 ფოლადის საშტამპო შტამპს (ზომები: 300×150×80 მმ) ორი შეკეთების პროტოკოლი ჩაუტარდა:

• ჯგუფი A (გამოკლება):
  - დაზიანების მოცილება 5-ღერძიანი ფრეზით (DMG MORI DMU 80)
  - შედუღების შემავსებლის დეპონირება (GTAW)
  - დაასრულეთ დამუშავება ორიგინალ CAD-ზე

• ჯგუფი B (ჰიბრიდი):
  - დეფექტის მინიმალური მოცილება (<1 მმ სიღრმე)
  - DED-ის შეკეთება Meltio M450-ის (316L მავთული) გამოყენებით) გამოყენებით
  - ადაპტური CNC გადამუშავება (Siemens NX CAM)

2.2 მონაცემთა მოპოვება

• მასალის ეფექტურობა: მასის გაზომვები შეკეთებამდე/შეკეთების შემდეგ (Mettler XS205)

• დროის თვალყურის დევნება: პროცესის მონიტორინგი IoT სენსორებით (ToolConnect)

• მექანიკური ტესტირება:
  - სიმტკიცის რუკა (Buehler IndentaMet 1100)
  - შეკეთებული ზონებიდან აღებული დაჭიმვის ნიმუშები (ASTM E8/E8M)

3 შედეგი და ანალიზი

3.1 რესურსების გამოყენება

ცხრილი 1: შეკეთების პროცესის მეტრიკების შედარება

3.2 მექანიკური მთლიანობა

ჰიბრიდულად შეკეთებული ნიმუშები გამოფენილი იყო:

• მუდმივი სიმტკიცე (52–54 HRC ორიგინალ 53 HRC-თან შედარებით)

• მაქსიმალური დაჭიმვის სიმტკიცე: 1,890 MPa (±25 MPa) – ძირითადი მასალის 98.4%

• დაღლილობის ტესტირებისას ზედაპირული დელამინაციის არარსებობა (10⁶ ციკლი 80%-იანი დენადობის ძაბვის დროს)

სურათი 1: ჰიბრიდული სარემონტო ინტერფეისის მიკროსტრუქტურა (SEM 500×)
შენიშვნა: შერწყმის საზღვარზე თანაბარი ღერძიანი მარცვლის სტრუქტურა ეფექტურ თერმულ მართვაზე მიუთითებს.

4 დისკუსია

4.1 ოპერაციული შედეგები

დროის 28.9%-ით შემცირება განპირობებულია დიდი რაოდენობით მასალის მოცილების აღმოფხვრით. ჰიბრიდული დამუშავება უპირატესობას ანიჭებს:

• ძველი ხელსაწყოები შეწყვეტილი მასალების მარაგით

• მაღალი სირთულის გეომეტრიები (მაგ., კონფორმული გაგრილების არხები)

• მცირე მოცულობის შეკეთების სცენარები

4.2 ტექნიკური შეზღუდვები

დაფიქსირებული შეზღუდვები:

• მაქსიმალური დალექვის კუთხე: ჰორიზონტალურიდან 45° (ხელს უშლის გადახურვის დეფექტებს)

• DED ფენის სისქის ვარიაცია: ±0.12 მმ, რაც მოითხოვს ადაპტირებად ხელსაწყოთა ბილიკებს

• დამუშავების შემდგომი HIP დამუშავება აუცილებელია აერონავტიკის დონის ხელსაწყოებისთვის

5 დასკვნა

ჰიბრიდული CNC-AM ამცირებს ხელსაწყოების შეკეთების რესურსების მოხმარებას 23–42%-ით, ამავდროულად ინარჩუნებს სუბტრაქციული მეთოდების მექანიკურ ეკვივალენტობას. დანერგვა რეკომენდებულია ზომიერი გეომეტრიული სირთულის მქონე კომპონენტებისთვის, სადაც მასალის დაზოგვა ამართლებს AM-ის ექსპლუატაციის ხარჯებს. შემდგომი კვლევები ოპტიმიზაციას გაუწევს დეპონირების სტრატეგიებს გამაგრებული ხელსაწყოების ფოლადებისთვის (>60 HRC).